Métagénomique, lipidomique et transcriptomique : perspectives sur le métabolisme des glucides microbien dans l'intestin et son rôle dans la résistance à l'insuline.

La symbiose englobe les relations complexes et interdépendantes entre les espèces dans le monde naturel. La coexistence harmonieuse représente un lien durable et mutuellement bénéfique entre les espèces, illustré par le partenariat symbiotique entre les rhizobiums et certaines cultures. En tant qu'êtres humains, notre quête d'harmonie s'étend au-delà de notre environnement extérieur ; elle implique également de favoriser une relation équilibrée avec les micro-organismes résidant dans notre corps, connus sous le nom de flore intestinale. Cette communauté microbienne joue un rôle essentiel dans le traitement quotidien de notre apport alimentaire, transformant les glucides et d'autres macromolécules riches en énergie en composants moléculaires essentiels pour notre utilisation. Par conséquent, les activités métaboliques de la flore intestinale, en particulier en ce qui concerne divers substrats énergétiques, ont des implications directes pour la santé humaine.

Mais quelle influence la flore intestinale exerce-t-elle sur la résistance à l'insuline, et par quels mécanismes ?

Une publication récente de l'équipe de recherche de Hiroshi Ohno au Laboratoire des Écosystèmes Intestinaux, Centre RIKEN de Médecine Intégrative à Yokohama, au Japon, éclaire cette question. Dans leur article, intitulé "L'impact du métabolisme des glucides microbiens intestinaux sur la résistance à l'insuline", publié dans Naturel'équipe se penche sur son exploration des effets de la flore intestinale sur la résistance à l'insuline. Leur étude a utilisé métagénomique, lipidomique, et transcriptomique analyses de données pour révéler un phénomène remarquable : la flore intestinale, spécifiquement Mycobacterium spp., s'engage dans le métabolisme des glucides, en se concentrant sur les monosaccharides tels que le glucose, le fructose, le galactose, le mannose, le xylose et l'arabinose. Étonnamment, ces activités métaboliques de la flore intestinale contribuent à l'amélioration de la résistance à l'insuline chez les êtres humains.

Aperçu de l'analyse multi-omique et des données. (Takeuchi et al., 2023)

Une analyse complète des métabolites fécaux dans la compréhension des voies de résistance à l'insuline

Les chercheurs ont méticuleusement recueilli des échantillons de selles et de sang auprès de volontaires consentants, les soumettant à une analyse métabolomique complète utilisant deux plateformes de spectrométrie de masse avancées. Ce processus exhaustif a révélé une remarquable diversité de résultats, avec 195 métabolites hydrophiles et 2 654 métabolites lipidiques détectés dans les échantillons de selles, et 100 métabolites hydrophiles et 653 métabolites lipidiques dans les échantillons de sang.

Afin d'évaluer de manière exhaustive les variations de la fonction de la flore intestinale, les chercheurs ont catégorisé les métabolites fécaux et les gènes prédites en groupes cohérents appelés groupes de co-abondance (CAG). De plus, ils ont réalisé des analyses d'enrichissement KEGG (Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes) pour approfondir leurs connaissances.

Pour évaluer la capacité des données d'histologie des échantillons fécaux à prédire avec précision la résistance à l'insuline, les chercheurs ont entrepris une enquête approfondie. Basé sur l'algorithme Random Forest, ils ont commencé par comparer l'aire sous la courbe (AUC) de la courbe caractéristique de fonctionnement du récepteur (ROC), un outil crucial dans l'évaluation de la précision diagnostique.

Pour les variables prédictives du modèle, un processus de sélection méticuleux a été exécuté. L'algorithme de redondance minimale et de corrélation maximale a été utilisé pour sélectionner les données PCR de la 16S rARN V1-V2 région hypervariable de la flore fécale, le métabolome, l'ensemble du métagénome et leurs ensembles de données combinés. Notamment, les résultats de l'étude ont établi que les données sur les métabolites fécaux présentaient un fort potentiel pour éclairer les complexités de la pathologie de la résistance à l'insuline.

Les métabolites fécaux associés à l'IR sont liés à une altération du microbiote intestinal et des fonctions génétiques microbiennes. (Takeuchi et al., 2023)

Suite à ces premières étapes, l'équipe de recherche a rapidement réalisé une analyse de données approfondie. Leur enquête a révélé une augmentation notable des métabolites glucidiques fécaux chez les individus résistants à l'insuline. Cette augmentation était particulièrement prononcée dans le cas des monosaccharides tels que le glucose, le fructose, le galactose, le mannose, le xylose et l'arabinose, qui ont montré une élévation marquée dans les échantillons fécaux des individus présentant une résistance à l'insuline.

De plus, les chercheurs ont également découvert la présence de métabolites esters associés à la résistance à l'insuline au sein du groupe de co-abondance 11 (CAG11). Ce groupe comprenait des lysophospholipides, des acides biliaires, de l'estéroylcarnitine et du digalactosyl/glucosyldiacylglycérol (DGDG), des composés qui comportaient des composants glucose et/ou galactose dans leur structure. Fait intéressant, au sein du groupe de co-abondance 41 (CAG41), les scientifiques ont noté un manque d'association entre la résistance à l'insuline et les DGDG avec des chaînes acyles variées. Cette observation a laissé entendre que les esters avec des chaînes acyles diverses pourraient remplir des rôles physiologiques distincts.

Par la suite, les chercheurs ont approfondi l'examen de l'interaction entre la flore bactérienne et les métabolites chez les individus résistants à l'insuline. Utilisant Séquençage de l'ARNr 16S des données, ils ont identifié quatre grands groupes dans les échantillons de fèces des volontaires : Lachnospiraceae, Bacteroides, Actinobacteria et des bactéries non classifiables. Une analyse plus approfondie a mis en lumière une corrélation positive entre Lachnospiraceae et les bactéries non classifiables et la résistance à l'insuline, tandis que Bacteroides a montré un comportement différentiel, en particulier dans sa capacité à métaboliser les glucides au sein d'une souche du genre. Alistipes indistinctus (A. indistinctus).

Microbiote fécal dans l'IR. (Takeuchi et al., 2023)

Les chercheurs ont également examiné les données sur l'inflammation, découvrant un rôle clé joué par des cytokines telles que l'IL-10, la sérpine E1, l'adiponectine et la leptine dans la médiation de la connexion entre les glucides fécaux et les marqueurs de résistance à l'insuline chez l'hôte, y compris l'évaluation du modèle homéostatique de la résistance à l'insuline (HOMA-IR). Il convient de noter que la plupart de ces relations causales ont été établies par le biais de modèles in silico sophistiqués.

En conclusion, les chercheurs ont mené des investigations approfondies pour établir un lien causal définitif entre la flore intestinale, les glucides fécaux et les maladies métaboliques dans un modèle murin. Dans un premier temps, ils ont examiné les métabolites au sein de cultures comprenant 22 souches différentes, chacune associée soit à la sensibilité à l'insuline (SI) soit à la résistance. Les données ont révélé que des espèces anaboliques, telles que A. indistinctus, Alistipes finegoldii, et Alistipes putredinisa montré une préférence marquée pour les glucides monosaccharides tels que le glucose, le mannose et la glucosamine. Notamment, la souche A. indistinctus a surpassé le reste, affichant une remarquable polyvalence dans la consommation de glucides.

Par la suite, sept souches associées à la sensibilité à l'insuline ont été choisies pour être implantées chez des souris afin d'évaluer leur potentiel thérapeutique contre les maladies métaboliques. Les résultats ont montré des améliorations substantielles de l'état métabolique des souris après l'introduction de la A. indistinctus tension. Ces résultats reflétaient systématiquement les conclusions antérieures, confirmant que les souris implantées avec A. indistinctus a présenté les résultats métaboliques les plus favorables.

10 Alistipes indistinctus réduit les glucides intestinaux. (Takeuchi et al., 2023)

Référence:

1. Takeuchi, Tadashi, et al. "Le métabolisme des glucides par les microbes intestinaux contribue à la résistance à l'insuline." Nature (2023) : 1-7.